Estrategias avanzadas para la síntesis en superficie de arquitecturas moleculares con funcionalidad electrónica y magnética

El avance de la sociedad moderna está ligado al desarrollo e implementación de nuevos materiales y tecnologías que aborden las preocupaciones actuales de la sociedad, la economía y el medio ambiente. En los últimos años, se ha logrado un avance importante en el desarrollo de materiales híbridos que contienen moléculas orgánicas, con aplicaciones que van desde las tecnologías cuánticas hasta la biomedicina. La síntesis en superficie (OSS), una técnica química en la que se dosifican reactivos adecuadamente diseñados en una superficie que promueve su enlace covalente, permite el crecimiento de estructuras moleculares covalentes de dimensión nanométrica (CMNs) con gran precisión. Además, el entorno de vacío y el confinamiento 2D permiten la síntesis de CMNs que no son alcanzables mediante otros medios convencionales, abriendo la posibilidad a nuevos materiales funcionales. La mayoría de los trabajos en OSS hasta la fecha utilizan homoestructuras, por tanto, la síntesis de heteroestructuras formadas por híbridos orgánico-metálicos supone un importante avance que ofrece nuevas funcionalidades. Por lo tanto, utilizaremos la química de coordinación para incorporar metales de transición en la estructura de los CMNs. Investigaremos un conjunto diverso de iones metálicos, enlaces covalentes y motivos estructurales que nos permitirán ajustar las propiedades magnéticas, electrónicas y químicas. Como resultado, el grupo de reacciones aplicables en superficie crecerá, así como nuestra comprensión actual de los mecanismos de reacción. Los precursores moleculares masivos y/o delicados que no pueden ser sublimados serán depositados directamente desde una solución en condiciones de ultra alto vacío, lo que permitirá investigar precursores moleculares inexplorados, así como nuevos mecanismos de reacción.
Teniendo en cuenta funcionalidades específicas y una posible integración en dispositivos, exploraremos métodos para mejorar la alineación y extensión de las CMNs en 1D y 2D, así como estabilizar grupos funcionales lábiles. Una de las funcionalidades buscadas es la detección química, en la que los CMNs interactúan con analitos. Exploraremos a nivel atómico la geometría y el mecanismo de interacción, así como su impacto en las propiedades electrónicas que finalmente les permiten ser utilizados como transductores eléctricos en sensores químicos basados en FET. Otra funcionalidad objetivo es el magnetismo, con el objetivo particular de desarrollar nuevos esquemas para generar y abordar los estados de spin en CMNs. Un método para comprender o predecir la aparición de radicales polarizados en espín en nanoestructuras de grafeno se basa en la topología. Además de controlar la fase topológica a través de variaciones de las estructuras de enlace, también investigaremos formas más sutiles de control mientras se mantiene la red de enlace. Ejemplos de esto son la activación de modos electrón-fonón mediante la variación de la longitud de las CMNs, aplicación de potenciales eléctricos anisotrópicos mediante sustituyentes químicos o la coordinación con metales. Todos estos factores pueden resultar en cambios estructurales y electrónicos, así como en una inversión topológica que determinan la aparición de centros de spin. Heteroestructuras que combinan regiones con diferentes topologías también serán estudiados en CMNs con múltiples heterouniones. Se intentará un control reversible de los estados de spin de los CMNs a través de la aplicación de voltaje de puerta.